DE2707204C2

DE2707204C2 - Hochdruck-Entladungslampe mit Metallhalogenid-Zusatz

Info

Publication number: DE2707204C2
Application number: DE2707204A
Authority: DE
Inventors: Ferenc Dipl.-Chem.-Ing. Nagel; Endre Dipl.-Chem.-Ing. Oldal; Laszlo Dipl.-Phys. Budapest Ugrosdy; Denes Dipl.-El.-Ing. Dr. Vida
Original assignee: Egyesuelt Izzolampa es Villamossagi Rt
Current assignee: Egyesuelt Izzolampa es Villamossagi Rt
Priority date: 1976-04-07
Filing date: 1977-02-16
Publication date: 1983-07-28
Also published as: HU172230B; US4134039A; ATA124177A; GB1580991A; NL7701740A; AT358664B; DE2707204A1

Description

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Die Erfindung ,i'etrifft eine Hochdruck-Entladungslampe, die aus einem lichtdurchläHgen Entladungsgefäß von hoher Schmelztemperatur mit hineinragenden Elektroden hohen Schmelzpunktes Gesteht und eine Füllung aus Edelgas oder aus einer Mischung von Edelgasen sowie als Zusatzmetalle ausschließlich Thallium, eines oder zwei der seltenen Erdmetalle und/oder mindestens ein Alkalimetali und eventuell auch Indium, weiterhin Halogene enthält Eine Lampe dieser Art ist durch die DE-AS 15 39 516 bekannt.
Ferner offenbart die DE-OS 24 55 277 eine Hochdruck-Entladungslampe mit Metallhalogenidzusätzen, bei denen das Verhältnis von Metall zu Halogen mindestens dem stöchiometrischen Verhältnis dieser Füllstoffe entspricht.

Schließlich sind schon Hochdruck-Entladungslampen bekannt, bei welchen im Entladungsgefäß zwecks Verbesserung der Farbwiedergabe neben Quecksilber und Edelgas zusätzlich ein oder mehrere Metallhalogenide enthalten sind. Solche Ausführungen sind in der DE-PS 11 84 008 und der DE-PS 19 40 539 beschrieben.

Die Lebensdauer der Lampen mit Metallhalogeniden ist erfahrungsgemäß durch die chemische und thermische Zerstörung des Entladungsgefäßes, die aufgrund der zu lange andauernden Temperaturbeanspruchung auftritt, begrenzt.

Nach allgemeiner Auffassung nimmt die Geschwindigkeit der Zerstörung mit der sog. spezifischen Wandbelastung proportional zu, unter der der Quotient der in den Lichtbogen eingespeisten Energie und der den Lichtbogen umgebenden Oberfläche verstanden wird.

Es sind Lampen dieser Art von ausgesprochen kurzer Lebensdauer bekannt (siehe DE-PS 19 40 539), die eine relativ hohe Wandbelastung (10-100 W/cm²) besitzen. Die hohe Wandbelastbarkeit ist deshalb möglich, weil das Entladungsgefäß außer Metallhalogeniden auch elementare Halogene enthält Lichtquellen dieser Art haben wegen ihres Halogenüberschusses eine sehr hohe Zündspannung. Es ist bei diesen Lampen charakteristisch, daß eine sehr intensive Korrosion an den Stromzufühningen der Elektroden zustandekommt die sich wiederum auf die Lebensdauer negativ auswirkt

Um eine längere Lebensdauer der Lampen zu erreichen, war man bestrebt, die spezifische Wandbelastung auf einen niedrigeren Wert einzustellen- So ist z.B. gemäß DE-PS 1184 008 ein Maximalwert von 25 W/cm² zulässig, wobei der tatsächliche Wandbelastungswert der produzierten Lampen bei 10—15 W/cm² Kegt-

Diese verhältnismäßig niedrige spezifische Wandbelastung" führte zu einer reichlichen Anwendung der Zusatzhalogenide. Bei geringen Zusatzmengen gelangen nämlich wegen des sich an der kühlsten Stelle des Entladungsgefäßes absetzenden Metallhalogenidzusatzes und des geringen Dampfdruckes zu wenig Metallatome in den Gasraum. Im Falle reichlicher Zugabe von Metallhalogeniden bildet der Zusatz im Entladungsgefäß eine großflächige dicke Flüssigkeitsphase, deren der Entladung zugewandte Seite wärmer ist, wodurch auch ihr Dampfdruck größer als die Temperatur des Entladungsgefäßes ist. Obwohl die Metallhalogenide an den kühleren Teilen des Entladungsgefäßes wieder kondensieren, besteht doch die Möglichkeit daß sie wieder auf die wärmeren Stellen überströmen. So wird der Dampfdruck in der Lampe eigentlich höher, als dies sonst in Abhängigkeit von der Temperatur an der kühlsten Stelle der Lampe zulässig wäre. Erfahrungsgemäß wird aber die Lebensdauer der auf diese Weise bemessenen Lampen auch noch durch die thermische Zerstörung des Entladungsgefäßes begrenzt In Lampen mit spezifischen Wandbelastungen von 10—15 W/cm², die größere Zusatzmengen enthalten, bildet sich der Bogen im Laufe des Betriebes im allgemeinen nicht in der Achse des Entladungsgefäßes, sondern ausgelenkt, d. h. in der Nähe der Gefäßwand aus.

Diese Auslenkung wird durch die im Entladungsgefäß zustandekommende Konvektion und die ungleichmäßige Verteilung der im Entladungsgefäß vorhandenen kondensierten Phase hervorgerufen, wozu noch das Magnetfeld der äußeren Stromzuführungen des Entladungsgefäßes beitragen kann.

Zur Verminderung der Lichtbogenauslenkung sind in der Fachliteratur schon verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen worden. Gemäß einer dieser Lösungen wird die magnetische Wirkung der Stromzuführungen zur Kompensation der als Folge der Konvektion entstandenen Auslenkung ausgenützt (siehe Lighting Res. and Technology, 1974, Bd. 6, Nr. 4, Seiten 212—216). Nach einem weiteren Vorschlag können durch entsprechende Krümmung des Entladungsgefäßes thermische Verhältnisse geschaffen werden, die zur Verringerung der Konvektion führen (siehe Journal of IES, Januar 1975, Seiten 106— 110). Beide Lösungen sind nachteilig, weil die mögliche Betriebslage der Lampen stark begrenzt ist, da die Kompensation nur in einem engen räumlichen Gebiet wirksam ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Verminderung der durch die thermische Beschädigung des Entladungsgefäßes verursachten Lampendefekte, wodurch eine erhebliche Verlängerung der Lebensdauer erzielt wird, und die Verbesserung anderer Parameter der Lampe, wie Farb- und Lichtstromstabilität sowie Stabilität gegenüber elektrischen und magnetischen Störungen.

Diese Aufgabe wird erfmdungsgemaß dadurch gelöst, daß die Gesamtmenge der Zusatzmetalle größer ist als die zur Bildung von Metallhalogeniden aus den anwesenden Halogenen mit den Zusatzmetallen notwendige Menge ist, ferner die spezifische Wandbelastung zwischen 25 und 200 W/cm² liegt und/oder die jeweils und einzeln auf 1 cm Bogenlänge bezogene Menge der Metallhalogenide 0,01 bis 1 mg beträgt

Die weitere Ausbildung des Erfindungsgegenstandes geht aus den Unte;ansprüchen hervor.

Es wurde überraschenderweise festgestellt, daß die Zerstörung des Entladungsgefäßes nicht nur durch Verringerung, sondern im Gegenteil auch durch Erhöhung der spezifischen Wandbelastung und/oder durch Herabsetzung der in das Entladungsgefäß eingebrachten Halogenidmengen verlangsamt werden kann. Dieser überraschende Effekt kannt dadurch erklärt werden, daß die Zerstörung des Entladungsgefäßes nicht als Folge der durchschnittlichen, sondern als diejenige einer lokalen Überlastung auftritt Wenn man also die Wandbelastung gleichmäßiger verteilen kann, kann die spezifische Wandbelastung noch erhöht werden, ohne daß dadu. jh die lokale spezifische Wandbelastung den zum Erreichen der gewünschten Lebensdauer erforderlichen Wert überschreiten würde. Die spezifische Wandbelastung kann durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung gleichmäßiger gemacht werden, da sich die resultierende Wirkung der Wandbelastung letzten Endes aus der Gestalt des Lichtbogens bzw. dessen Auslenkungsfreiheit ergibt

Durch Verminderung der Auslenkung kann eine wesentlich gleichmäßigere Belastung der Wandung erreicht werden. Die Konvektion ist durch die Wandbelastung und/oder die Zusatzmengen der Halogenide stark beeinflußt Durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung, d. h. durch Erhöhung der spezifischen Wandbelastung und/oder durch Verminderung der Menge der Zusatzhalogenide wird eine gleichmäßigere Temperaturverteilung und somit eine höhere KaItpunkttemperatur des Entladungsgefäßes, die den Dampfdruck 5er Zusätze entscheidend bestimmt, erreicht, so daß eine Flüssigkeitsphase von großem Volumen, die bei den zum Stand der Technik gehörigen Lösungen stets vorhanden ist, vermieden werden kann.

Die wesentlichsten Vorteile der Lampen gemäß der Erfindung sind vor allem eine sehr günstige Farben- und Lichtstromstabilität und ein gegen äußere Wirkungen neutrales Verhalten, z. B. im Falle eines plötzlichen Stromabfalls oder innerer oder äußerer magnetischer Störungen. so

Die Erfindung wird nachstehend an .einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert

Ein aus der Figur ersichtliches Entladungsgefäß i wird aus Quarz hergestellt, wobei an beiden Enden aus Wolfram hergestellte und mittels Thorium aktivierte Elektroden 2 vorhanden sind. Die Elektroden 2 sind mittels Molybdänfolien 3 an Stromzuführungen 4 und diese über biegsame Nickelgeflechte 5 und 6 an einer äußeren Stromzuführung 7 bzw. einem aus Molybdän hergestellten Halter 8 angeschlossen. Der Halter 8 ist durch ein Nickelgeflecht 9 an der anderen Stromzuführung 10 angeschlossen. Das Entladungsgefäß 1 ist mittels eines rostfreien Bandes am Halter 8 befestigt, wobei der letztere durch ein Band 13 und elastische Blätter 14 und 15 abgestützt ist Ein äußerer Kolben 16, der aus Hartglas hergestellt ist ist mit einem Sockel 17 versehen. Das Entladungsgefäß 1 ist zwecks Verminderung der Wärmeverluste an beiden Enden von außen mit einem Oberzug versehen, der zweckmäßig aus Zirkoniumoxid hergestellt ist In dem äußeren Kolben ist ein aus einer Zirkonium-Alunrnium-Legierung hergestelltes Getter 19 angeordnet

Der Innendurchmesser des Entladungsgefäßes beträgt 2,2 cm, der Elektrodenabstand 8,5 cm. Die spezifische Wandbelastung liegt bei 34 W/cm². Die Füllung des Entladungsgefäßes ist die folgende: 33 mbar Ar, 86 mg Hg, 1 mg Dy, 1 mg Ho, 8 mg HgJ₂,4 mg TIJ₂, 3 mg CsJ.. Nach Einfüllen dieser Zusätze wird das Entladungsgefäß 1 durch Abschmelzung des Pumprohres 20 vakuumdicht abgeschlossen. Der äußere Kolben enthält Stickstoff mit einem Fülldruck von 0,4 bar in kaltem Zustand.

Im Betrieb der Lampe reagieren das Dysprosium und Holmium mit dem Jod des Quecksilberjodides und werden laut nachstehender Formel zu Disprosiumjodid und Holmiumjodid umgewandelt:

2 M + 3 HgJ₂ = 2 MJ₃ + 3 Hg,

wobei M das Disprosium bzw. Holmium versinnbildlicht.

Hinsichtlich der Erfindung ist es gleichgültig, ob die genannten Elemente als Jodide oder in reiner Form in die Limpe gelangen. Die Reaktion wird nur nach Einschalten der Lampe vollzogen.

Die oben beschriebenen Lampen werden mit einer Netzspannung von 380 V, 50 Hz mit geeigneter Drossel bei 103 A betrieben. Die Leistungsaufnahme becrägt 2000W. Die Lichtausbeute beträgt 85 Im/W, die Farbtemperatur liegt bei 6000 K. Die Lebensdauer ist bei horizontaler Brennlage höher als 8000 Stunden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochdruck-Entladungslampe, die aus einem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß von hoher Schmelztemperatur mit hineinragenden Elektroden hohen Schmelzpunktes besteht und eine Füllung aus Edelgas oder aus einer Mischung von Edelgasen sowie als Zusatzmetalle ausschließlich Thallium, eines oder zwei der seltenen Erdmetalle und/oder mindestens ein Alkalimetall und eventuell auch Indium, weiterhin Halogene enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmenge der Zusatzmetalle größer ist als die zur Bildung von Metallhalogeniden aus den anwesenden Halogenen mit den Zusatzmetallen notwendige Menge ist, ferner die spezifische Wandbelastung zwischen 25 und 200 W/cm² liegt, und/oder die jeweils und einzeln auf 1 cm Bogenlänge bezogene Menge der Metallhalogenide 0,01 bisl mg beträgt

2. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzmetalle neben Thallium noch Caesium, Dysprosium und/ oder Holmium verwendet werden.

3. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzmetalle neben Thallium noch Natrium und Indium verwendet werden.